La 'divina part¨ªcula'

En abril de 1993 el entonces ministro ingl¨¦s de Ciencia y Tecnolog¨ªa, Waldegrave, anunci¨® p¨²blicamente que regalar¨ªa una botella de champ¨¢n a quien fuera capaz de explicarle, en una p¨¢gina, qu¨¦ era eso de la part¨ªcula de Higgs. En busca de tan suculento premio, se presentaron m¨¢s de cien candidatos, de los que el ministro recompens¨® a cinco. Uno de ellos dio, adem¨¢s, con una met¨¢fora imaginativa y diab¨®licamente pr¨®xima al fen¨®meno que tiene por protagonista a la dichosa part¨ªcula. Si el lector tiene suficiente paciencia, m¨¢s adelante intentar¨¦ resumirle la explicaci¨®n de David Miller, profesor del London's University College y ganador absoluto del concurso. Les aseguro que merece la pena aguantar unos p¨¢rrafos para mejor apreciarla.La "divina" part¨ªcula (uno de los nombres que sugiere The God particle, seg¨²n la ha bautizado Leon Lederman) ha estado de actualidad entre los cient¨ªficos durante m¨¢s de veinte a?os. Pero su cotizaci¨®n ha experimentado una notable subida a ra¨ªz del reciente acuerdo de construcci¨®n del gran acelerador LHC, en el laboratorio europeo CERN, cuyo declarado primer objetivo es, precisamente, su persecuci¨®n y captura... si es que existe.

?De d¨®nde viene el inter¨¦s en tan extraordinaria como hipot¨¦tica part¨ªcula? Una de las cuestiones abiertas m¨¢s profundas en el campo de la f¨ªsica de part¨ªculas elementales es entender qu¨¦ es lo que genera la masa de los componentes b¨¢sicos de la materia; por qu¨¦ tienen la masa que tienen. Hasta hace bien poco la tabla de valores de esas masas ha tenido la consideraci¨®n de dato inicial, sin ni siquiera imaginar que podr¨ªan explicarse en el marco de las teor¨ªas cient¨ªficas. Plantearse preguntas de ese tipo implica haber llegado a un estadio en el que se vislumbra alg¨²n procedimiento para contestarlas. N¨®tese que las masas de ese manojo de part¨ªculas, junto con las intensidades de las interacciones b¨¢sicas de la naturaleza, son los par¨¢metros que permitir¨ªan, en principio, predecir las propiedades de cualquier sistema f¨ªsico a partir de postulados muy generales. En las teor¨ªas usuales era f¨¢cil introducir como condiciones iniciales las masas que el experimento asignaba a las distintas part¨ªculas, sin mayores complicaciones. Pero cuando en los a?os setenta se afront¨®, por primera vez, la construcci¨®n de una verdadera teor¨ªa unificada el intento tropez¨® con una dificultad especial. Si se f¨®rzaban las masas de ciertas part¨ªculas a tener los valores que realmente ten¨ªan, nada menos que del orden de 100 veces la de un ¨¢tomo de hidr¨®geno, entonces la teor¨ªa dejaba de tener sentido. Si se insist¨ªa en la unificaci¨®n, las masas ten¨ªan necesariamente que ser cero, en flagrante contradicci¨®n con el experimento.

Por entonces, Peter Higgs, a la saz¨®n profesor de la Universidad de Manchester, hab¨ªa ideado una especie de juguete te¨®rico, sin aparente relaci¨®n con el mundo real, pero de curiosas propiedades. Se trataba de cierto campo de fuerzas que, por su sola existencia, modificaba la estructura del vac¨ªo, como ocurre con cualquier otro campo (el vac¨ªo en mec¨¢nica cu¨¢ntica es mucho m¨¢s complejo y divertido de lo que su nombre parece sugerir). Pero, adem¨¢s, en ciertas condiciones era capaz de desestabilizarlo dot¨¢ndolo de la propiedad de transferir parte de la energ¨ªa contenida en el campo a otras part¨ªculas. ?stas adquir¨ªan as¨ª una masa que no ten¨ªan al principio y que nunca hubieran llegado a tener sin la existencia del campo de Higgs.

Al incorporarlo a la teor¨ªa unificada original el problema quedaba resuelto. Las part¨ªculas en presencia adquir¨ªan las masas correctas sin que las delicadas condiciones que dotaban de sentido a la teor¨ªa se resintieran. Era un mecanismo din¨¢mico que, una vez entendido, pod¨ªa aplicarse con generalidad y proporcionar una explicaci¨®n v¨¢lida para todas las part¨ªculas en t¨¦rminos de su interacci¨®n con ese campo. Pero vayamos a la met¨¢fora ganadora del concurso ministerial para mejor entender la idea. El vac¨ªo es representado por una habitaci¨®n en la que est¨¢ teniendo lugar una recepci¨®n o algo por el estilo. La habitaci¨®n est¨¢ llena de personas que se mueven de un siti¨® para otro, en busca de canap¨¦s o de compa?¨ªa, con una distribuci¨®n aproximadamente homog¨¦nea. Es la situaci¨®n en, que el campo de Higgs pervade: uniformemente el espacio sin, producir ninguna manifestaci¨®n observable. Alguien que mire, desde lejos, un f¨ªsico con su instrumento de medida por ejemplo, no ver¨¢ ninguna estructura especial, nada que le indique que se encuentra ante algo distinto al vac¨ªo.

Supongamos que ahora hace acto de presencia en la recepci¨®n un personaje importante; en la versi¨®n original se trataba de la se?ora Thatcher; ustedes pongan el personaje que mejor les acomode. Inmediatamente se arremolinar¨¢n a su alrededor una serie de personas de las que deambulaban por la habitaci¨®n, produciendo una aglomeraci¨®n que ir¨¢ movi¨¦ndose exactamente a lo largo de la trayectoria del personaje; se ha producido la interacci¨®n del campo de Higgs con una part¨ªcula inicialmente sin masa (en la met¨¢fora, un personaje sin cortejo), de modo que parte de la energ¨ªa potencialmente presente en ese campo se ha convertido en la masa de la part¨ªcula. El f¨ªsico, que est¨¢ ojo avizor, detecta inmediatamente el paso de un grumo de materia a trav¨¦s de la habitaci¨®n y concluye que est¨¢ pasando una part¨ªcula. La cantidad de gente arremolinada ser¨¢ proporcional a la capacidad de atracci¨®n del personaje; es decir, la masa medida ser¨¢ proporcional a la intensidad de la interacci¨®n con el campo de Higgs. Naturalmente, cada personaje que entre atraer¨¢ a m¨¢s o menos p¨²blico, por lo que el observador ver¨¢ que pasan part¨ªculas con distintas masas.

Hasta ahora, el campo de Higgs se parece sospechosamente a una especie de ¨¦ter inobservable directamente, muy del estilo del que atorment¨® a los mejores f¨ªsicos de principios de este siglo, antes del advenimiento de la relatividad. Afortunadamente, la mec¨¢nica cu¨¢ntica asegura que ese campo debe manifestarse directamente en forma de part¨ªculas cuyas propiedades se deriven de las del campo en cuesti¨®n, del mismo modo que el fot¨®n, el cuanto de luz, es la manifestaci¨®n cu¨¢ntica del campo electromagn¨¦tico. Esas part¨ªculas, nunca antes vistas ni imaginadas, son las de Higgs.

En la imagen anterior, a¨²n sin personaje alguno que quiebre el vagar aleatorio de los asistentes a la recepci¨®n, resulta casi imposible que no se materialicen estructuras que llamen la atenci¨®n del f¨ªsico de guardia. En efecto, supongamos que en un punto cualquiera de la habitaci¨®n surge un rumor. Algunas personas se acercar¨¢n a la fuente del rumor, produciendo el caracter¨ªstico arremolinamiento. De ¨¦stas, algunas se alejar¨¢n del grupo inicial y se trasladar¨¢n a otros puntos en los que se producir¨¢n otros arremolinamientos de personas, que se mover¨¢n seg¨²n el rumor se vaya esparciendo. El observador ver¨¢ que ha aparecido un conjunto de part¨ªculas que se mueven e interaccionan entre ellas. La part¨ªcula de Higgs ha nacido.

Ahora resulta m¨¢s aceptable la condici¨®n sobrenatural de semejante entidad. Como en una historia b¨ªblica, el hombre debe limitarse a bautizar las part¨ªculas que va descubriendo, quark encantado, quark extra?o, electr¨®n, etc¨¦tera, pero s¨®lo la part¨ªcula de Higgs, interaccionando con cada una de ellas, les infunde la masa que habr¨¢ de caracterizarlas para siempre. La desestabilizaci¨®n inducida por el campo de Higgs es equivalente a la ruptura de las pr¨ªstinas condiciones de simetr¨ªa de la teor¨ªa original, formulada sin que aparezcan masas de modo expl¨ªcito. Dicha ruptura tiene lugar siempre que la temperatura se sit¨²e por debajo de un valor que es muy elevado, mucho m¨¢s que cualquiera de los existentes en la actualidad en cualquier lugar del universo. Pero en una ¨¦poca muy remota, muy cerca del Big Bang, el universo primitivo estaba tan caliente que pod¨ªa permanecer en las condiciones iniciales, sin que se produjera esa ruptura. Si, en la met¨¢fora de Miller, el grado de agitaci¨®n de los asistentes a la recepci¨®n es enorme, ni personajes ni rumores podr¨¢n crear condensaciones estables de gente; el vac¨ªo seguir¨¢ siendo homog¨¦neo a ojos del observador. El universo era entonces tan unificado como lo es hoy, pero esa unificaci¨®n era directamente visible y no estaba oculta, como ha venido ocurriendo desde una ¨ªnfima fracci¨®n de segundo despu¨¦s del Big Bang hasta ahora, una vez que se enfri¨® por debajo de un cierto umbral de estabilidad.

La part¨ªcula de Higgs es una extravagante creaci¨®n, con algunos, rasgos a primera vista arbitrarios. Hoy nos parecen m¨¢s naturales y son mejor comprendidos. Pero el hecho cierto es que no ha sido todav¨ªa encontrada y no hay indicios de ella en ninguno de los experimentos realizados hasta el momento. Podr¨ªa no existir, podr¨ªa darse el caso de que se haya ideado un mecanismo, b¨¢sico en la formulaci¨®n de cualquier teor¨ªa unificada y que resolver¨ªa el problema del origen de las masas, pero irreal en la forma concreta que los f¨ªsicos le han dado, un artilugio matem¨¢tico.

Lo que hoy parece estar claro es que si ese mecanismo, en la forma com¨²nmente aceptada, no se corresponde con la realidad, tiene obligatoriamente que existir otro equivalente. Y que el nuevo gran acelerador LHC, recientemente aprobado, debe solventar la cuesti¨®n, una de las m¨¢s importantes nunca formuladas en el campo de la f¨ªsica. O bien la part¨ªcula de Higgs existe y aparece a las energ¨ªas a las que. el acelerador es capaz de operar, o bien el mecanismo alternativo de fijaci¨®n de masas se pone de manifiesto a esas mismas energ¨ªas. O bien todo el esquema te¨®rico puesto a punto en las ¨²ltimas d¨¦cadas est¨¢ profundamente equivocado y su enorme poder predictivo se debe a la concurrencia de una serie de casualidades.

La orden de busca y captura de la part¨ªcula de Higgs se dio el pasado 16 de diciembre, fecha en que se aprob¨® la construcci¨®n del acelerador. Lo malo es que los preparativos, hasta completar la fase del LHC ¨²til en la b¨²squeda de la "divina" part¨ªcula, se prolongar¨¢n, si algo no lo remedia, hasta el a?o 2008, nada menos. Esperemos que haya suerte y que antes de esa fecha tengamos noticias de Higgs.